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微生物を利用して行う処理をいう．水処理においては，有機物を分解する微生物として好気性菌と嫌気性菌があり，前者は有機物を酸化分解する菌で，活性汚泥法，生物膜法，緩速ろ過法などで活用される．後者は有機物を還元分解する菌で嫌気性消化法で活用される．そのほかの生物学的処理法として，アンモニア性窒素を，硝化菌ならびに脱窒菌により窒素ガスに分解する方法，活性汚泥を嫌気，好気の状態にすることにより，リンを活性汚泥中に取込み除去する方法，鉄・マンガンを鉄バクテリアの酸化により除去する方法などがある．
